焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响讲课讲稿

焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响

焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响规律

一、焊接参数对焊缝成形的影响

1、焊接电流对焊缝成形的影响

在其他条件一定的情况下，随着电弧焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。其原因如下：

1）随着电弧焊焊接电流增加，作用在焊件上的电弧力增加，电弧对焊件的热输入增加，热源位置下移，有利于热量向熔池深度方向传导，使熔深增大。熔深与焊接电流近似成正比关系，即焊缝熔深H约等于K m×I。式中Km为熔深系数（焊接电流增加100A导致焊缝熔深增加的毫米数），它与电弧焊的方法、焊丝直径、电流种类等有关见表1-1。

表1-1 各种电弧焊方法及参数（焊钢）时的熔深系数Km

2）电弧焊的焊芯或焊丝的熔化速度与焊接电流成正比。由于电弧焊的焊接电流增加导致焊丝熔化速度增加，焊丝熔化量近似成正比的增多，而熔宽增加较少，所以焊缝余高增大。

3）焊接电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽的增加量较小。

气体保护熔化极氩弧焊时，焊接电流增加，焊缝熔深增加。若焊接电流过大、电流密度过高时，容易出现指状熔深，尤其焊铝时较明显。

2.电弧电压对焊缝成形的影响

在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输入的热量有所增加。但是电弧电压增加是通过增加电弧长来实现的，电弧长度增加使得电弧热源半径增大，电弧散热增加，输入焊件的能量密度减小，因此熔深略有减小而熔深增大。同时，由于焊接电流不变，焊丝的熔化量基本不变，使得焊缝余高减小。

各种电弧焊方法，俄日了得到合适的焊缝成形，即保持合适的焊缝成形系数φ，在增大焊接电流的同时要适当提高电弧电压，要求电弧电压与焊接电流具有适当的匹配关系。这点在熔化极电弧焊中最为常见。

3.焊接速度对焊缝成形的影响

在其他条件一定的情况下，提高焊接速度会导致焊接热输入减小，从而焊缝熔宽和熔深都减小。由于单位长度焊缝上的焊丝金属熔敷量与焊接速度成反比，所以也导致焊缝余高减小。

焊接速度是评价焊接生产率的一项重要指标，为了提高焊接生产率，应该提高焊接速度。但为了保证结构设计上所需的焊缝尺寸，在提高焊接速度的同时要相应提高焊接电流和电弧电压，这三个量是相互联系的。同时，还应考虑在提高焊接电流、电弧电压、焊接速度（即采用大功率焊接电弧、高焊接速度焊接）时，有可能在形成熔池过程中及熔池凝固过程中产生焊接缺陷，如咬边、裂纹等，所以提高焊接速度是有限度的。

二、焊接电流种类和极性、电极尺寸对焊缝成形的影响

1..焊接电流的种类和极性

焊接电流的种类分为直流和交流。其中，直流电弧焊根据电流的有无脉冲又分为恒定直流和脉冲直流；根据极性分为直流正接（焊件接正）和直流反接（焊件接负）。交流电弧焊根据电流波形的不同又分为正弦波交流和方波交流等。焊接电流种类和极性能影响电弧输入焊件热量的大小，因此能影响焊缝成形，同时还能影响熔滴过渡过程和对母材表面氧化膜的去除。

钨极氩弧焊焊接钢、钛等金属材料时，直流正接时形成的焊缝熔深最大，直流反接时的熔深最小，交流介于两者之间。由于直流正接时焊缝熔深最大，而且钨极烧损最小，所以钨极氩弧焊焊接钢、钛等金属材料时应采用直流正接。钨极氩弧焊采用脉冲直流焊接时，由于能够调整脉冲参数，因而可以根据需要控制焊缝成形尺寸。钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，需要利用电弧的阴极清理作用来清理母材表面的氧化膜，采用交流为好，由于方波交流的波形参数可调，则焊接效果更好。

熔化极电弧焊时，直流反接时的焊缝熔深和熔宽都要大于直流正接的情况，交流焊接的熔深和熔宽介于两者之间。因此，埋弧焊时，都采用直流反接以获得较大的熔深；而埋弧堆焊时，则采用直流正接以减小熔深。熔化极气体保护电弧焊时，由于直流反接时不仅熔深大，而且焊接电弧和熔滴过渡过程都较直流正接和交流时稳定，而且具有阴极清理作用，因此被广泛使用，而直流正接和交流则一般不被采用。

2.钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度的影响

钨极前端角度和形状对电弧的集中性及电弧压力影响较大，应根据焊接电流大小及焊件厚薄选取。通常电弧越集中、电弧压力越大，所形成的熔深越大，而熔宽相应减小。

熔化极气体保护电弧焊时，在焊接电流一定的情况下，焊丝越细，电弧加热越集中，熔深增加，熔宽减小。但在实际焊接工程中选择焊丝直径时，还要考虑电流大小和熔池形态，避免出现不良焊缝成形。

熔化极气体保护电弧焊的焊丝伸出长度增加时，焊接电流通过焊丝伸长部分产生的电阻热增加，使焊丝熔化速度增加，因此焊缝余高增大，而熔深有所减小。由于钢焊丝的电阻率比较大，因而在钢质、细焊丝焊接中焊丝伸出长度对焊缝成形的影响比较明显。铝焊丝的电阻率比较小，其影响不大。虽然增加焊丝伸出长度可以提高焊丝的熔化系数，但从焊丝熔化的稳定性和焊缝成形方面综合考虑，焊丝伸出长度存在一个允许的变化范围。

三、其他工艺因素对焊缝成形因素的影响

除了上述工艺因素外，其他焊接工艺因素，如坡口尺寸和间隙大小、电极和工件的倾角、接头的空间位置等也能对焊缝成形及焊缝尺寸产生影响。

1.坡口和间隙

用电弧焊焊接对接接头时，通常根据焊接板厚确定是否预留间隙、间隙大小以及所开坡口的形式。在其他条件一定时，坡口或间隙的尺寸越大，所焊出焊缝的余高越小，相当于焊缝位置下降（图1-1），此时熔合比减小。因此，留间隙或开坡口可用来控制余高的大小和调整熔合比。留间隙与不留间隙开坡口相比，两者的散热条件有些不同，一般来说开坡口的结晶条件较为有利。

图1-1 间隙和坡口对焊缝成形的影响

2.电极（焊丝）倾角

电弧焊时，根据电极倾斜方向和焊接方向的关系，分为电极前倾和电极后倾两种，焊丝倾斜时，电弧轴线也相应倾斜。焊丝前倾时（图1-2a），电弧力对熔池金属向后排出的作用减弱，熔池底部的液体金属层变厚，熔深减小，电弧潜入焊件的深度减小，电弧斑点移动范围扩大，熔宽增大，余高减小。焊丝前倾α角越小，这一影响越明显（图1-2c）。焊丝后倾时（图1-2b），情况则相反。焊条电弧焊时，多采用电极后倾法，倾角α在65°～80°之间比较合适。

图1-2 焊丝倾角对焊缝成形的影响

3.焊件倾角

焊件倾斜在实际生产中经常碰到，可分为上坡焊和下坡焊。此时，熔池金属在重力的作用下有沿斜坡向下流动的倾向。上坡焊时（图1-3a），重力有助于熔池金属排向熔池尾部，因而熔深大，熔宽窄，余高大。当上坡角度α为6°～12°时，余高过大，且两侧易产生咬边。下坡焊时（图1-3b），这种作用阻止熔池金属排向熔池尾部，电弧不能深入加热熔池底部的金属，熔深减小，电弧斑点移动范围扩大，熔宽增大，余高减小。焊件倾角过大，会导致熔深不足和熔池液体金属溢流。

4.焊件材质和厚度

焊缝熔深与焊接电流有关，也与材料的导热性能和容积热容有关。材料的导热性能越好、容积热容越大，则熔化单位体积金属及升高同样的温度所需的热量也就越多，因此在焊接电流等其他条件一定的情况下，熔深和熔宽就减小。材料的密度或液体粘度越大，则电弧对液体熔池金属的排开越困难，熔深